GNSS RTK mérések és az ionoszféra: Hogyan alkalmazkodjunk?
Hasznos tanácsok intenzív ionoszféra aktivitás esetére
A nagypontosságú műholdas navigáció, azaz a GNSS tömeges gyakorlati alkalmazása óta még csak egy olyan napfoltmaximum volt, mint napjainkban, és a következő is még csak most kezdődik. Ez sok GNSS felhasználó számára okoz eddig nem tapasztalt nehézségeket. A Lechner Tudásközpont összeszedte azokat a hasznos információkat, gyakorlati tudnivalókat és tanácsokat, amellyel a felhasználók megpróbálhatnak javítani helyzetükön:
Ma már minden gyakorlati szakember felhasználói és szolgáltatói oldalról is a GNSS RTK méréseket megnehezítő, sokszor lehetetlenné tevő megnövekedett ionoszférikus hatásokról beszél.
Amint azt már jól tudjuk, a napfolttevékenység 11 éves periódust mutat, melyből a legközelebbi ciklus ugyan még csak 2025-re éri el a maximumát, de már ezen a télen is megmutatta, mi vár ránk az elkövetkező években. A maximumhoz közeledve a Nap elektromágneses és részecskesugárzása sokkal nagyobb mértékben, térben és időben is rendkívül változékony nagyságrendben ionizálja az atmoszférában lévő semleges molekulákat. A nagy frekvenciával változó megnövekedett elektrontartalom, a GNSS jelkésleltetésben nemlineáris, a jelek követését megnehezítő, akár lehetetlenné tévő ugrásszerű hatásokat okoz. Ezt tapasztaljuk szolgáltatói oldalról az úgynevezett ionoszféra maradékhibák emelkedésével, és felhasználói oldalon az inicializálási nehézségekkel, esetleges rosszul elvégzett inicializálással. Mivel a GNSS tömeges gyakorlati alkalmazása óta még csak egy ilyen napfoltmaximum volt, és még csak most kezdődik a következő, nagyon sok felhasználó számára eddig nem tapasztalt nehézségeket támaszt.
Szolgáltatói oldalról mindent megteszünk annak érdekében, hogy felhasználóink sikeresen dolgozhassanak a terepen ilyen körülmények között is. Ennek egyik kulcsa a folyamatos hardver/szoftver fejlesztés, másik pedig a felhasználók felkészítése annak érdekében, hogy a naptevékenység fokozódó hatását a következő téli időszakban már felkészült közösség várja. A várható helyzetre való felkészítés jegyében már tavaly, a 2022. február 10-ei ionoszféra aktivitással kapcsolatos bejegyzésünkben, illetve a GISOpen konferencián (12-20. közötti diák) felhívtuk a közösség figyelmét az előttünk álló kihívásra.
A napfolttevékenység 11 éves ciklusán belül a maximum közeledtével még egy évszakos hatás is megfigyelhető. A Föld Nap körüli keringéséből és forgástengelyének ferdeségéből eredően hazánkban ez a hatás télen erőteljes. Ezt a téli időszakonként egyre nehezebbé váló RTK mérések, illetve a hálózati feldolgozásban keletkező statisztikai mérőszámok is igazolják.
Az ionoszférikus hatásnak napi ciklusa is van, amely a Föld forgásának következtében alakul ki, és hazánkban nappal, átlagosan 10-14 óra között a legerőteljesebb. A mérések tervezésénél ezt is érdemes figyelembe venni, célszerű ezt az időszakot – amennyiben megoldható – elkerülni.
A felhasználóink tájékozódását és méréseik tervezését segítő ionoszféra maradékhibák a GNSSnet.hu szolgáltatás monitor oldalán valós időben, illetve utólagosan, az archív adatokkal követhetők nyomon.
A GNSSnet.hu szolgáltatásban a hálózati feldolgozásból származó IP-I (Irregularity Parameter of Ionosphere) paramétert jelenítjük meg, amely jellemzi, hogy a hálózati szoftver mennyire megbízhatóan tudja becsülni az állomások közötti távolságfüggő hibát az ionoszféra vonatkozásában. A méter mértékegységben megjelenített értéke az összes állomáson észlelt, valamennyi műholdra számított középhiba, amely – érdemes hangsúlyozni – nem egy adott GNSS RTK mérés meghatározási hibáját jelenti.
Fontos azt is tudni, hogy a valós idejű információink hűen tükrözik az aktuális ionoszférikus állapotokat, de ezek az adatok gyorsan változnak, és nem összevethetők esetleg más szolgáltató által publikált adatokkal. Főként, ha nem is azonos ionoszférikus paraméter és nem azonos időbeli felbontású adatok kerülnek összehasonlításra.
Intenzív ionoszféra aktivitás során a referencia-állomástól távolodva válik egyre kritikusabbá az RTK mérés. A hálózati feldolgozó szoftver ilyen szélsőséges körülmények között, a térben és időben gyorsan változó elektrontartalom miatt, hibákkal terhelten tudja meghatározni a távolságfüggő hibát. Hogy mekkora távolságig képes megfelelően erre a szoftver, szinte lehetetlen pontosan megmondani, épp a gyorsan változó elektrontartalomból eredően. Általában a referencia-állomástól számított 15-20 km-en belül nem várható, vagy csak kismértékű mérési nehézség. E fölött viszont, a maradékhibák nagyságától függően, szembesülhetünk hosszabb inicializálási idővel vagy téves inicializálással is. Ilyen körülmények között tehát döntő jelentőségű a rover vevő és a referencia-állomás közötti távolság.
Emellett az észlelt műholdszám is számottevő tényező. Statisztikai adataink alapján egyértelműen látszik, hogy a multi GNSS adatokat (GPS/GLONASS/Galileo/BeiDou) használó rover készülékek hatékonyabban birkóznak meg az ionoszféra okozta jelenséggel, mint a régebbi, csak GPS/GLO jelvételre képes vevőkészülékek. Felhasználóink számára javasoljuk, hogy akinek lehetősége van rá, frissítse készülékét a multi GNSS adatok vételére. A műholdszám növelésével szélsőséges körülmények között is nagyobb eséllyel lehet eredményes munkát végezni.
Jelen helyzetben az ellenőrző mérésekre különös hangsúlyt kell fektetni, a gyakrabban előfordulható téves inicializálások miatt. Ionoszféra aktivitás során még abban sem lehetünk egészen biztosak, hogy akár egy nagyon gyorsan (10-30 mp alatt) elért úgyneveztett RTK fix meghatározás geodéziai pontosságú. Ráadásul a különböző GNSS rover típusoknál RTK fix és RTK fix között is lehet különbség, attól függően, hogy milyen megbízhatósági szint mellett fogadják el azt. Ha egy készülék alacsonyabb toleranciaszint mellett is RTK fixet mutat, magas ionoszféra aktivitásnál nagyobb eséllyel tévedhet, mint normál körülmények között. Ugyanakkor az sem vehető készpénznek, hogy egy hosszabb, akár 5-10 percig tartó inicializálás (amennyiben az inicializálási tolerancia szint magas) biztosan rossz lesz (leszámítva persze a ráfordított idő okozta kellemetlenséget). Egyetlen dolog segíthet, ha ellenőrző méréseket végzünk, és megbizonyosodunk az inicializálásunk, az „RTK fixünk jóságáról”.
